商用車電控單元UDS診斷協(xié)議棧的開發(fā)與應(yīng)用

白蒲江 孟晨興

摘要：首先介紹了UDS的特點及優(yōu)勢，然后具體對UDS的服務(wù)功能進行了說明，最后以緩速器電控單元的診斷設(shè)計為例，闡述了UDS的設(shè)計要點及其在車輛標(biāo)定診斷測試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：UDS;電控單元;診斷標(biāo)定

1? ? 技術(shù)背景

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）是國際上應(yīng)用最廣泛的汽車通信總線之一。為實現(xiàn)智能化控制、共享數(shù)據(jù)信息，商用車將所有的車載電器和ECU控制單元都搭載到CAN網(wǎng)絡(luò)總線上[1]。

隨著汽車ISO（International Standard Organization）診斷標(biāo)準(zhǔn)日趨完善，ISO 15765診斷通信協(xié)議規(guī)范了基于CAN總線的診斷服務(wù)UDS（Unified Diagnostic Services）。UDS是面向商用車控制單元的應(yīng)用層協(xié)議（ISO 14229-1），提供了診斷服務(wù)的基本框架，主機廠和零部件供應(yīng)商可以根據(jù)自身情況自定義診斷服務(wù)。

2? ? 緩速器控制器診斷需求說明

隨著汽車嵌入式技術(shù)的發(fā)展，商用車控制系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，復(fù)雜程度不斷提高，給整車各種控制單元的診斷、升級服務(wù)帶來了新的挑戰(zhàn)。對緩速器而言，信號連接上，控制器與整車信號的交互已經(jīng)從全硬線傳輸過渡到硬線加CAN通信傳輸上來，未來為了滿足整車數(shù)據(jù)共享的需求，將實現(xiàn)全CAN通信傳輸;整車均配備了OBD診斷接口，控制器與該接口連接，利用診斷儀等可以實現(xiàn)控制器程序升級及數(shù)據(jù)監(jiān)測等。功能方面，原來識別駕駛員手柄檔位控制緩速器輸出制動力，現(xiàn)在能響應(yīng)來自電子制動系統(tǒng)裝置（制動踏板）、車身裝置（手柄）的扭矩請求，精準(zhǔn)控制緩速器輔助整車進行制動。整車人機接口方面，控制器與智能化儀表通過CAN方式進行交互，不僅線束連接更加簡單，還能實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)、故障燈、故障碼顯示。綜上所述，對于緩速器控制而言，為滿足駕駛員對車輛功能持續(xù)提升、維修人員對車輛故障快速處理的需求，緩速器控制系統(tǒng)應(yīng)支持用戶利用診斷儀對控制器進行程序刷寫、故障診斷、參數(shù)標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集等方面的操作。為了便于主機廠統(tǒng)一診斷，緩速器在進行自診斷開發(fā)的同時，也需要同步按照UDS規(guī)范進行診斷協(xié)議棧開發(fā)[2]。下面將詳細描述診斷協(xié)議棧的開發(fā)過程。

3? ? UDS診斷服務(wù)介紹

3.1? ? UDS服務(wù)原理

按照UDS規(guī)范，某一時刻控制單元處于某個診斷會話模式，此時若外部診斷設(shè)備對其按照物理或功能尋址的方式進行請求，作為控制器應(yīng)實現(xiàn)相應(yīng)的服務(wù)。

3.2? ? UDS服務(wù)功能總述

UDS診斷服務(wù)包括：診斷和通信管理（通信控制、安全訪問、診斷會話控制）、數(shù)據(jù)傳輸（讀取緩速器溫度數(shù)據(jù)、控制器版本信息）、存儲數(shù)據(jù)傳輸（清除診斷信息、讀取診斷碼DTC信息）、上傳下載服務(wù)（刷寫程序）[3]。

3.3? ? 尋址方式描述

物理尋址：當(dāng)需要對某一具體ECU進行診斷服務(wù)時，外部診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸層對ID進行配置，設(shè)備地址為被請求設(shè)備的節(jié)點地址，被請求的ECU支持相應(yīng)的服務(wù)功能，執(zhí)行必要的操作。

功能尋址：當(dāng)需要對CAN網(wǎng)絡(luò)中的多個ECU進行診斷服務(wù)時，外部診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸層對ID進行配置，設(shè)備地址為廣播地址，多個ECU應(yīng)支持相應(yīng)的服務(wù)功能，執(zhí)行相關(guān)操作[3]。

對具體ECU進行診斷服務(wù)時，需要功能尋址和物理尋址結(jié)合使用，對網(wǎng)絡(luò)中的多個ECU進行服務(wù)請求。

4? ? 基于CAN總線的診斷服務(wù)開發(fā)

4.1? ? 診斷服務(wù)開發(fā)

ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車通信協(xié)議，所有的汽車通信協(xié)議都是基于ISO模型[3]。緩速器RCU的診斷服務(wù)開發(fā)內(nèi)容如下：

（1）通過芯片自帶數(shù)據(jù)庫生成完整的底層驅(qū)動函數(shù)后，設(shè)計人員調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)，配置物理層及傳輸層參數(shù)即可。

（2）數(shù)據(jù)鏈路層完成通信數(shù)據(jù)幀的解析和封裝，使用CAN擴展幀（29位標(biāo)識符）。

（3）網(wǎng)絡(luò)層參考IS0 15765-2標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)包進行分組，通過對單幀（SF）、第一幀（FF）、連續(xù)幀（CF）和流控制幀（FC）的操作，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議要求[4]。

（4）應(yīng)用層由于緩速器控制單元對數(shù)據(jù)流讀取功能的設(shè)計要求極高，因此開發(fā)時針對故障診斷等應(yīng)用而定義了必要的UDS診斷服務(wù)。

（5）功能層內(nèi)置了對Flash讀寫的庫函數(shù)，該模塊的Bootloader引導(dǎo)程序調(diào)用Flash讀寫函數(shù)即可完成程序刷寫等功能。一個設(shè)計良好的Bootloader能加快汽車電控單元應(yīng)用程序的開發(fā)，更能為后期的維護和升級工作提供便利[5]。

4.2? ? 設(shè)計要點

4.2.1? ? 會話模式控制服務(wù)

控制服務(wù)的選項有：01默認會話、02編程會話、03擴展會話。在同一時刻，僅能有一個診斷會話模式被激活。RCU上電后，診斷會話請求未接收到，將自動進入默認會話模式（01）。其他診斷會話模式超時后，RCU回到默認會話模式（01）。當(dāng)診斷設(shè)備成功進入某一特定的診斷會話模式，RCU將不再繼續(xù)監(jiān)測與該診斷會話模式相關(guān)的條件是否滿足;診斷設(shè)備和操作人員有責(zé)任保證允許進入的條件在整個診斷會話過程中一直有效[6]。

4.2.2? ? 故障讀取功能開發(fā)

在控制器上電運行期間，故障診斷功能使能，則若某故障觸發(fā)故障記錄，則相應(yīng)的DTC信息更新。UDS服務(wù)模塊基于服務(wù)請求，依據(jù)狀態(tài)掩碼，反饋相應(yīng)的DTC信息。狀態(tài)掩碼選項為“1.當(dāng)前故障” “9.當(dāng)前和歷史故障” “8.歷史故障”等。

4.2.3? ? 故障清除功能開發(fā)

基于服務(wù)請求，清除DTC信息的存儲及變量，復(fù)位DTC狀態(tài)到零。即故障狀態(tài)碼被復(fù)位為零，同時故障存儲也被復(fù)位到零。

4.3? ? 功能測試

首先診斷設(shè)備發(fā)出請求信息，此時數(shù)據(jù)傳輸層按照表1格式打包數(shù)據(jù)，然后傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

接收到外部設(shè)備請求后，根據(jù)標(biāo)識符從FLASH存儲中取出對應(yīng)的17個字節(jié)數(shù)據(jù)，然后按照UDS的數(shù)據(jù)場要求進行打包，同時按照定時要求進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

對表2數(shù)據(jù)進行傳輸時，應(yīng)用到了多幀，多幀的設(shè)計要點包括管理存儲、幀順序、幀之間時間間隔的控制等。

外部診斷設(shè)備對上述信息進行解包，便可得到需要的信息。

5? ? 結(jié)語

隨著軟件、通信技術(shù)的發(fā)展，診斷技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，從產(chǎn)品研發(fā)到售后服務(wù)貫穿車輛的整個生命周期。本設(shè)計已成功應(yīng)用，采用該方式實現(xiàn)程序刷寫、故障診斷、參數(shù)標(biāo)定，方便了生產(chǎn)、測試、應(yīng)用和維護。

[參考文獻]

[1] 詹克旭.基于UDS協(xié)議的汽車ECU升級方案[J].計算機應(yīng)用與軟件，2019，36（1）：191-196.

[2] 孫俊揚.UDS診斷協(xié)議工作原理和診斷協(xié)議棧的開發(fā)[J].汽車與配件，2019（5）：64-65.

[3] 白蒲江，劉小龍.一種液力緩速器控制系統(tǒng)自診斷設(shè)計研究[J].汽車維修，2014（9）：4-6.

[4] Road Vehicles-Diagnostic on Controller Area Networks （CAN）-Part 2：Network layer services：ISO 15765-2：2004[S].

[5] 陳彤，黃立梅.一種用于汽車電控單元CAN Bootloader的設(shè)計與實現(xiàn)[J].汽車實用技術(shù)，2016（9）：156-160.

[6] Road Vehicles-Unified Diagnostic Services （UDS）-Part1：

Specification and requirements：ISO 14229-1：2006[S].

收稿日期：2020-08-11

作者簡介：白蒲江（1979—），男，陜西蒲城人，工程師，研究方向：汽車電子控制系統(tǒng)軟件開發(fā)。